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ANSYS Workbench12.0培训教程之模态分析

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Ansys Workbench详解教程

Ansys Workbench详解教程
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
2013-8-5
34
网格划分
三维实体的四面体（Tetrahedron） 单元划分
三维实体的六面体（Hexahedron） 单元划分
4 选择分析类型
静力学分析(Static Analysis) ：
计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，不考虑惯性和阻尼的影 响，如结构受随时间变化载荷的影响。
网格控制
整体网格：
Relevance（-100~100） 、 Relevance Center（coarse~ fine）
局部细化： 支撑处、载荷施加位置、应力变化较大的地方。
2013-8-5
33
网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。 其余一些网格控制项的意义：
2013-8-5
12
工具条
常用工具条
图形工具条
2013-8-5
13
结构树
结构树包含几何模型的信息和整个分析

的相关过程。
一般由Geometry、Connections、Mesh、 分析类型和结果输出项组成，分析类型里包
括载荷和约束的设置。
说明分支全部被定义 说明输入的数据不完整
说明需要求解
说明被抑制，不能被求解 说明体或零件被隐藏
2013-8-5
29
2 定义材料属性
1、双击Component Systems中的Engineering Data。 2、 右击Engineering Data----edit 3、选择view中outline、properties,把General Materials等中的材料添加到 Engineering Data中，修改Density密度、Young’s modulus杨氏模量、 Poisson’s Ratio泊松比、热膨胀系数等参数。 4、点击Return to Project 5、右击Model----Update 6、右击Model-----edit 7、在模型的Material----Assignment右面的箭头可选择材料 注：软件默认的材料是Structural Steel。

ANSYS-模态分析 介绍

ANSYS-模态分析 介绍

模态分析总论
• 运动学基本方程: }+ [C]{u }+ [K ]{u} = {F(t )} [M ]{ u • 假定自由振动并忽略阻尼:
}+ [K ]{u} = {0} [M ]{ u
2
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 假定谐波形式响应 (u = U sin( ωt ) )
其它分析选项
• 集中质量矩阵：
– –
Training Manual
DYNAMICS 11.0
主要用于细长梁或薄壳，或者波传播问题； 对 PowerDynamics 法，自动选择集中质量矩阵。 用于计算具有预应力结构的模态（以后讨论）。 阻尼仅在选用阻尼模态提取法时使用； 可以使用阻尼比α阻尼和β阻尼； 对BEAM4 和 PIPE16 单元，允许使用陀螺阻尼。
Training Manual
第二章 模态分析
模态分析总论
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 模态分析用来确定结构的振动特性的一种技术:
– 固有频率 – 振型 – 模态参与因子（结构振型在给定方向的参与程度)
• 是其他动力学分析的起点和基础.
模态分析总论
• 模态分析工程应用
DYNAMICS 11.0
子空间法
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 子空间法 ：比较适合于提取类似中型到大型 模型的较少的振型 （<40）
– 需要相对较少的内存； – 实体单元和壳单元应当具有较好的单元形状，要对 任何关于单元形状的警告信息予以注意； – 在具有刚体振型时可能会出现收敛问题； – 建议在具有约束方程时不要用此方法。

Ansys Workbench详解教程

Ansys Workbench详解教程
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
2020/6/29
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。
2
有限元基本概念
概念
把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有
限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的 平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能
够进行综合求解的整体。 有限元法的基本思想—离散化。
节点 单元 载荷 约束 分析类型
2020/6/29
3
ANSYS Workbench12.0 基础培训讲义
（内部共享）
2020/6/29
1
主要内容
一、有限元基本概念
二、Ansys Workbench 软件介绍
基本操作 有限元分析流程的操作 静力学分析与模态分析 FEA模型的建立
（本次培训不涉及非线性问题 ，所讲内容主要针对三维实体单元。 ）
2020/6/29
求解得到节点位移
根据弹性力学公式得到单元应变、应力
7
有限元法的基本步骤
1. 结构离散； 2. 单元分析
a. 建立位移函数 b. 建立单元刚度方程
n
y ii
i
k e e F e
c. 计算等效节点力
3. 进行单元集成； 4. 得到节点位移；
K F
5. 根据弹性力学公式计算单元应变、应力。
8
ANSYS Workbench 软件介绍

workbench模态分析.pdf

workbench模态分析.pdf

Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介Training Manual •在这一章中，将介绍模态分析。

进行模态分析类似线性静力分析。

–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。

•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。

Training Manual模态系统分析基础•对于模态分析，振动频率ωi 和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[K] 和[M] 不变:•假设材料特性为线弹性的•利用小位移理论，并且不包括非线性的•不存在[C] ,因此无阻尼•无{F} , 因此无激振力•结构可以强迫振动也可以不强迫振动–模态{φ} 是相对值，不是绝对值A.模态系统分析步骤Training Manual •模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍。

用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。

–附加几何模型–设置材料属性–定义接触区域(如果有的话)–定义网格控制(可选择)–定义分析类型–加支撑(如果有的话)–求解频率测试结果–设置频率测试选项–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。

质点在模态分析中只有质量（无硬度）•质量点的存在会降低结构自由振动的频率。

•材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和密度是必需的。

密度是必需的Training Manual。

Ansys Workbench详解教程

Ansys Workbench详解教程

实现上述操作，也可以利用鼠标和键
2020/4/23
B
24
制定分析方案
有限元分析（FEA）工作的定位：开发流程的什么阶段进行？ FEA分析的目标：刚度/强度，位移/应力，模态…
材料屈服？网格细化？网格较为均匀。
分析领域：结构、热 分析类型：静力分析、模态分析 材料特性、载荷、约束 网格密度 前处理：模型简化、建模技巧（对称性的利用）…
2020/4/23
B
29
2 定义材料属性
1、双击Component Systems中的Engineering Data。 2、 右击Engineering Data----edit 3、选择view中outline、properties,把General Materials等中的材料添加到
Engineering Data中，修改Density密度、Young’s modulus杨氏模量、 Poisson’s Ratio泊松比、热膨胀系数等参数。 4、点击Return to Project 5、右击Model----Update 6、右击Model-----edit 7、在模型的Material----Assignment右面的箭头可选择材料 注：软件默认的材料是Structural Steel。
8
ANSYS Workbench 软件介绍
运行软件 操作界面简介 基本操作 分析流程的各项操作
2020/4/23
B
9
运行软件
方法一：从CAD软件中进入
方法二：单击开始菜单，
选择程序命令；
从Ansys程序组
中选择
AnsysWorkbench程序。
启动该软件后，出现一模块选择对话框。
2020/4/23

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解

结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼，可以有效地吸收和消耗振动能量，减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布，可以改善结构的动 态特性，提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位，应加强其刚度和稳定性，以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值，如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加，如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时，为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为， 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外，提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论，将复杂结构系统分解为若干个独立的模态，每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为，预测结构的振动响应，优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型，包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况，对模型 施加约束条件，如固定

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解

准备工作
哪种分析类型？
当您选择了结构分析，接下来的问题是： 静力还是动力分析？ 线性还是非线性分析？ 要回答这些问题，先要知道物体承受什么样的 激励（载荷），因为下述三种类型的力决定了 它的响应 静力（刚？
静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑所有三种类型的力。
频率分析的相关知识
固有频率（以钟摆为例） 钟摆的振动所经过的时间越来越小，最后停了下来。 这是因为空气的阻碍、磨擦的阻碍等的阻力妨碍了钟摆的摆动（振 动）。 因为这样的阻力作用使振动衰减的力而起作用，被称为衰减力。
钟摆在没有外部而来的强迫它摆动的力（重力除外）作用下的振动 称为自由振动。 与此相对应，地震和汽车因为地基能、发动机等的强迫力作用下的 振动称为强迫振动。 任何结构都具有其固有频率（固有周期），其值由其本身的结构所决定 自由振动是一种无衰减力的振动状态，它将永远不停地振动下去。
频率分析的相关知识
静力分析中，节点位移是主要的未知量。[K]d=F中[K]为刚度 矩阵，d为节点位移的未知量，而F为节点载荷的已知量。 在动力学分析中，增加阻尼矩阵[C]和质量矩阵[M]
上式为典型的在有阻尼的交迫振动方程。当缺少阻尼及外力 时，该缺少阻尼及外力时（自由振动），该方程式简化为
频率分析的相关知识
应力
应变
内容简介 模态分析的背景简介 ANSYS模态分析功能介绍 模态分析实例操作演示
学习要点
频率分析的相关知识
什么是振动 固有频率 固有振动模态 共振
频率分析的相关知识
什么是振动？
钟摆和秋千的摆动，是我们身边最典型的振动现象。 乐器的弦振动而发出声音。 小提琴用弓拉弦，吉他用手指或拨片拨弦，在钢琴上敲 击琴键则小锤打击琴弦而使琴弦振动起来。 洗衣机在脱水时也会突突突地产生很大的振动现象。 按摩机是机械的振动，地震则是大地的振动。 如果在不平整的地上或公路上开车的话，也会感到让人 心情变坏的烦人的振动。

ansys模态分析及详细过程

ansys模态分析及详细过程

压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性固有频率和振型;即结构的固有频率和振型;它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数..同时;也可以作为其它动力学分析问题的起点;例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析;其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程..ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析..前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析;后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析..ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法subspace、分块法block lancets;缩减法reduced/householder、动态提取法power dynamics、非对称法unsymmetric;阻尼法damped; QR阻尼法QR damped等;大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法..ANSYS的模态分析是线形分析;任何非线性特性;例如塑性、接触单元等;即使被定义了也将被忽略..2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤..1.建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的;主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤..2.施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项;并进行固有频率的求解等..指定分析类型;Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis;选择Modal..指定分析选项;Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options;选择MODOPT 模态提取方法〕;设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度;仅缩减法使用..施加约束;Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement..求解;Main Menu-Solution-Solve-Current LS..3.扩展模态如果要在POSTI中观察结果;必须先扩展模态;即将振型写入结果文件..过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等..激活扩展处理及其选项;Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes..指定载荷步选项..扩展处理;Main Menu-solution-Solve-Current LS..注意:扩展模态可以如前述办法单独进行;也可以在施加载荷和求解阶段同时进行..本例即采用了后面的方法4.查看结果模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等所有图片大小可以自己调节实例1.在开始菜单中启动Mechanical APDL Product launcher;如图1所示其中Working Directory代表你的工作路径;也就是所有ansys的生成文件都存在这个文件加下..而job Name 就代表你所做实例的名字;实例中我们将目录设为F盘;工作名设为model2.最后点击run运行进入ansys界面..如图2所示..图22.定义单元类型拾取菜单Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete;如图3所示..然后单击;图3然后单击add按钮..如图4所示;单击ok ;选择solid5单元;这样就完成了对单元的选择..然后再单击图3中的close按钮..图43.定义材料属性拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框;如图5所示..定义相对介电常数..在右侧列表中依次双击"electromagnetic";"relative permittivity"; "orthotropic".输入相关参数..图5在右侧再点击Density;如图6所示..定义材料的密度..密度为7500;单击ok..图6在右侧在依次点击“Piezoelectrics”“Piezoelectric matrix”定义压电应力矩阵;如图7所示..输入相关参数..单击ok..图7在右侧列表中依次双击"Structural"; "Linear"; "Elastic"; "Anisotropic"如图8所示;定义各向异性弹性矩阵设置;输入参数;单击ok..图8点击Material-Exit完成对材料的定义..4.建模选取菜单Parameters-Scalar Parameters 在selection中输入L=10E-3然后点击accept;再输入h=20e-3;点击accept;按照相同的步骤输入;w=10e-3;a3=1000.如图9所示..图9点击close..拾取菜单Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- Keypoints-In Active CS 弹出对话框;如图10所示;输入1;创建关键点1;坐标为0;0;0.点击apply..图10再输入如图11所示图11点击apply..输入图12所示..图12图13建立四个关键点..复制关键点选取modeling-copy-keypoints 弹出选框;如图14所示..点击pickall弹出图15所示的选框;输入参数;单击ok..复制一份;向z轴偏移距离为H..图14 图15改变视角选取plotctrls-pan zoom rotate-iso 然后点击close是原始坐标系不显示选取plotctrls-windows controls-windows options 如图16所示选取no shown 点击ok..图16创建直线Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- line-line-straight line 选取点1和5;点击ok..划分直线网格;分为4份..Main Menu – Preprocessor-meshing-size cntrls-manual size-line-all lines;如图17所示;点击ok..图17通过关键点创建面;Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create-areas-arbitrary-through kps 弹出选框;选取点1;2;3;4..通过面拉伸体;Main Menu - Preprocessor – Modeling-operate-extrude-areas-along lines 弹出选框;选取刚才那个形成的面;单击ok;然后再选取前面我们建立的线;点击ok;形成的体如图18所示..图185.网格划分显示线号 plotctrls-numbering line numbers前打钩..点击ok..图19所示图19显示线 plot-lines选取meshing-mesh tool 如图20所示..选取line后边的set 弹出选框;选取线11.和13;单击ok;弹出如21所示;输入2;单击ok..划分为两部分..图20 图21选取 hex ;mapped;点击mesh tool 中的mesh弹出选框;选取体;单击ok..如图22所示..图226.施加约束选取节点 select-entities 弹出如图23所示的对话框;点击ok..图23拾取菜单Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-symmetry b.c-on nodes 弹出图24选框;单击ok..图24同理约束y轴;将图24中改为y轴;单击ok..7.分析类型拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis..弹出对话框;选择"Type of Analysis"为"Modal";单击"OK"按钮..8.指定分析选项拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options..弹出对话框;在"No. of modes to extract"文本框中输入10.扩展模态数为10如图25所示;单击ok..图25频率范围50000到150000;图26所示;单击ok..图26约束z=0和z=h的面的节点电压为0.选取节点 select-entities 弹出如图27所示的对话框;点击ok..图27 图29拾取菜单Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-electric-boundary-voltage-on node如图28所示;单击ok..图28同理定义z=h;电压为0.如图29.所示施加约束时;先选取该面上的节点;然后直接施加就是该面的约束..在每一步施加约束时;我们都先选择该面上的节点后再施加..图23;27;29都是选择相应面上的节点..然后是假载荷;不然施加的是全部节点..9.求解拾取菜单Main Menu-Solution-Solve-Current LS..单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮..出现“Solution is done”提示时;求解结束;即可查看结果了..10列表固有频率拾取菜单Main Me-General Postproc-Results Summary..弹出窗口;列表中显示了模型的前10率;可以看出结果虽然存在一定的误差;但与解析解是基本符合的..查看完毕后;关闭该窗口..11. 拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set12.用动画观察模型的一阶模态拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape..弹出对话框;单击“OK”按钮..观察完毕;单击“Animation Controller”对话框的"close"按钮13.观察其余各阶模态拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-Next Set.依次将其余各阶模态的结果读入;然后重复步骤1观察完模型的各阶模态后;请读者自行分析频率结果产生误差的原因;并改进以上分析过程..图30图30为各阶自振频率图31图31为1阶振型总结;再施加约束时;仅仅是几个面;如果忽略图23;27;29这几个过程;那结果可想而知..如果出错;仔细检查;你添加的边界约束是否正确;重复修改;结果就是这个..我只是把别人的例子详细的做了一遍..比较适合初学者..。

ANSYS_Workbench12.0培训教程之模态分析

ANSYS_Workbench12.0培训教程之模态分析

5-12
Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
Training Manual
• 在项目图表里建立一个静力结构分析与模态分析相结合的并有预应力存在 的分析模型。
• 注意在模型分支里，结构分析结果变成开始状态 的。
5-13
Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
• 接触模态分析： – 粗糙接触和摩擦接触：
• 将在内部表现为黏结或不分离 • 如果有间隙存在，非线性接触行为将是自由无约束的（例如， 接触不存在）
– 绑定和不分离的接触情形将取决于pinball区域的大小。
5-6
Vibration Analysis
… 分析类型
• 从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。 • 在 Analysis Settings中:
5-9
Vibration Analysis
… 检查结果
• 模态:
– 由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。 – 在详细列表里可以看到每个结果的频率值. – 应用图形窗口下方的时间标签的动画工具栏来查看振型
Training Manual
5-10
Vibration Analysis
5-16
• 模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍 。用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。
– – – – 附加几何模型 设置材料属性 定义接触区域 (如果有的话) 定义网格控制 (可选择)
– 定义分析类型 – 加支撑 (如果有的话) – 求解频率测试结果 – 设置频率测试选项 – 求解 – 查看结果
5-5
Vibration Analysis

Ansys-Workbench详解教程ppt课件

Ansys-Workbench详解教程ppt课件
局部细化： 支撑处、载荷施加位置、应力变化较大的地方。
ppt课件.
33
网格控制
具体操作：选中结构树的Mesh项，点击鼠标右键，选择Insert，弹出 对网格进行控制的各分项，一般只需设置网格的形式（Method）和单元的 大小（Sizing）。
其余一些网格控制项的意义：
Refinement—细化网格 Mapped Face Meshing—映射网格；
定义
真实系统
ppt课件.
有限元模型
4
节点和单元
载荷
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和 存在相互物理作用。
单元: 一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实 体以及二维或三维的单元等种类。
约束
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过 节点连接，并承受一定载荷。
与单选的方法类似，只需选择Box Select，再在图形窗口中按住 左键、画矩形框进行选取。 3、在结构树中的Geometry分支中进行选择。
屏幕下方的状态条中将显示被选择的目标的信息。
ppt课件.
22
显示/隐藏目标
1、隐藏目标
在图形窗口的模型上选择一个目标，单击鼠标右键，在弹出的选
项里选择
，该目标即被隐藏。用户还可以在结构树中选取一
操作界面的显示 工具条的显示 选择目标 显示/隐藏 旋转、平移、缩放
ppt课件.
18
创建、打开、保存文档
File菜单或者工具条的 1、创建一个新文档。选择File—New命令。 2、 打开文档。选择File—Open命令。 3、保存文档。选择File—Save或Save As命令，
一般保存为.dsdb格式的文档。

ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张PPT)

ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张PPT)
➢静力（刚度） ➢惯性力（质量） ➢阻尼力
准备工作
哪种分析类型？
静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑所有三种类型的力。
例如：考虑跳水板的分析 ➢如果潜水者静止地站在跳水板上，做 一个静力分析已经足够了。
➢ 但是如果潜水者在跳水板上下跳动，必须 进行动力分析
准备工作
为了改变结构的固有频率在危险范围外，可通过改变产品 的几何结构、材料、避震特性或在适当的地方添加质量单 元。
➢ 对于结构的固有频率，如果结构变刚，则频率高，如果变柔， 则频率低。
➢ 另外，振动部件的重量重，则频率变低，重量轻，频率变高。
➢ 结构要变刚，即提高结构的刚性，可以加厚构件，可以加 入补强材。
模态提取 是用来描述特征值和特征向量计
算的术语。
模态分析的用途
有预应力的结构进行模态分析。例如旋转的涡轮叶片 。
循环对称结构模态分析。允许对循环对称结构的一部 分进行建模，而分析产生整个结构的振型。
ANSYS的模态分析都是线性分析。 ANSYS中的模态提取方法：
➢ Block Lanzos（默认）、子空间、PowerDynamics、缩减法 、非对称法、阻尼法和QR 阻尼法。后两种允许结构中包含阻 尼。
➢ 钟摆越长周期越长，钟摆越短周期越短。
频率分析的相关知识
固有频率（以钟摆为例） ➢ 钟摆的振动所经过的时间越来越小，最后停了下来。
➢ 这是因为空气的阻碍、磨擦的阻碍等的阻力妨碍了钟摆的摆动（振 动）。
➢ 因为这样的阻力作用使振动衰减的力而起作用，被称为衰减力。
➢ 钟摆在没有外部而来的强迫它摆动的力（重力除外）作用下的振动称 为自由振动。
应力
应变
内容简介

ansys中模态分析法

ansys中模态分析法

模態分析 - 術語和概念 模態提取方法模態提取方法- 子空間法
• 子空間法比較適合於提取類似中型到大型模型的較少的振型 （ <40） <40） • 需要相對較少的內存； 需要相對較少的內存； • 實體單元和殼單元應當具有較好的單元形狀，要對任何關於單 實體單元和殼單元應當具有較好的單元形狀， 元形狀的警告訊息予以注意； 元形狀的警告訊息予以注意； • 在具有剛體振型時可能會出現收斂問題； 在具有剛體振型時可能會出現收斂問題； • 建議在具有約束方程時不要用此方法。 建議在具有約束方程時不要用此方法。
模態分析 第二節︰ 第二節︰ 術語和概念
通用運動方程︰ 通用運動方程︰
& & [M ]{u&} + [C ]{u} + [K ]{u} = {F (t )}
& [M ]{u&} + [K ]{u } = {0}
假定為自由振動並忽略阻尼︰ 假定為自由振動並忽略阻尼︰
假定為諧運動︰ 假定為諧運動︰
([K ] − ω [M ]){u } = {0}
注意: 不對稱方法採用Lanczos算法,不執行Sturm序列檢查, Lanczos算法 Sturm序列檢查 注意: 不對稱方法採用Lanczos算法,不執行Sturm序列檢查,所以遺漏高端頻 率.
模態分析 - 術語和概念 模態提取方法模態提取方法- 阻尼法
• 在模態分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯，就要使 在模態分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯， 用阻尼法︰ 用阻尼法︰ • 主要用於回轉體動力學中，這時陀螺阻尼應是主要的； 主要用於回轉體動力學中，這時陀螺阻尼應是主要的； • 在ANSYS的BEAM4和PIPE16單元中，可以透過定義實常數中的SPIN ANSYS的BEAM4和PIPE16單元中 可以透過定義實常數中的SPIN 單元中， 旋轉速度，弧度/ 選項來說明陀螺效應； （旋轉速度，弧度/秒）選項來說明陀螺效應； • 計算以複數表示的特徵值和特徵向量。 計算以複數表示的特徵值和特徵向量。 • 虛數部分就是自然頻率； 虛數部分就是自然頻率； • 實數部分表示穩定性，負值表示穩定，正值表示不確定。 實數部分表示穩定性，負值表示穩定，正值表示不確定。

ansys workbench模态分析

ansys workbench模态分析

Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介Training Manual •在这一章中，将介绍模态分析。

进行模态分析类似线性静力分析。

–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。

•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。

Training Manual模态系统分析基础•对于模态分析，振动频率ωi 和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[K] 和[M] 不变:•假设材料特性为线弹性的•利用小位移理论，并且不包括非线性的•不存在[C] ,因此无阻尼•无{F} , 因此无激振力•结构可以强迫振动也可以不强迫振动–模态{φ} 是相对值，不是绝对值A.模态系统分析步骤Training Manual •模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍。

用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。

–附加几何模型–设置材料属性–定义接触区域(如果有的话)–定义网格控制(可选择)–定义分析类型–加支撑(如果有的话)–求解频率测试结果–设置频率测试选项–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。

质点在模态分析中只有质量（无硬度）•质量点的存在会降低结构自由振动的频率。

•材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和密度是必需的。

密度是必需的Training Manual… 分析类型Training Manual •从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。

•在Analysis Settings中:–提取的模态阶数：1到200（默认的是6）。

–指定频率变化的范围（默认的是0到1e+08Hz）。

ANSYS模态分析方法与步骤

ANSYS模态分析方法与步骤

模态分析方法与步骤一、模态分析包括下列6种方法，使用何种模态提取方法主要取决于模型大小（相对于计算机的计算能力而言）和具体的应用场合。

1.缩减法(reduced)：该方法为一般结构最常用的方法之一。

其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度，称为主自由度(master degree of freedom)，再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态，进而将其结果扩展至全部结构。

在解题过程中该方法速度较快，但其答案较不准确。

主自由度的选择依照所探讨的模态、结构负载的情况而定：a. 主自由度的个数至少为所求频率个数的两倍。

b. 选择主自由度的方向为结构最可能振动的方向。

c. 主自由度节点位于较大质量或转动惯量处及刚性较低位置。

d. 如果弯曲模态为主要探讨模态，则可省略旋转自由度。

e. 主自由度的节点位于施力处或非零位移处。

f. 位移限制为零的位置不能选为主自由度节点，因为这种节点具有高刚性的特性。

可以用M命令来定义主自由度。

此外，也可由ANSYS自动选择自由度。

2. 子空间迭代法(subspace)：通常用于大型结构中，仅探讨前几个振动频率，所得到结果较准确，不需要定义主自由度，但需要较多的硬盘空间及CPU时间。

求取的振动模态数应该小于模型全部自由度的一半。

3. 不对称法(unsymmetrical)：该方法用于质量矩阵或刚度矩阵为非对称时，例如转子系统。

其特征值(eigenvalue)为复数，实数部分为自然频率；虚数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。

4. 阻尼法(damped)：该方法用于结构系统具有阻尼现象时，其特征值为复数，虚数部分为自然频率；实数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。

5. 分块兰索斯法(block lanczos)：该方法用于大型结构对称的质量及刚度矩阵，和次空间方法相似，但收敛性更快。

6. 快速动力法(power dynamics method)：该方法用于非常大的结构（自由度大于100,000）且仅需最小几个模态。

ANSYS_Workbench12[1].0培训教程(前、后处理及静力和模态分析)

ANSYS_Workbench12[1].0培训教程(前、后处理及静力和模态分析)

Training Manual
3-5
General Preprocessing
… 体的类型
• 实体一般为 3D 或 2D:
Training Manual
– 3D 实体是由带有二次状态方程的高阶四面体或六面体实体单元进行网格划分的。 – 2D 实体是由带有二次状态方程的高阶三角形或四边形实体单元进行网格划分的。
Training Manual
– 面体为有一层薄膜（有厚度）的结构，厚度作为输入值提供。 – 面体由带有6个自由度(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)的线性壳单元进行网格划分。
• 线体素 是指几何上为一维空间上为三维的结构：
– 是用来描述与长度方向相比较其他两个方向的尺寸很小的结构，截面的形状不会显示出 来。 。 – 线体由带有个6个自由度(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)的线性梁单元行网格划分。
– – – – 当接触间隙在pinball 半径内时进行接触计算/检测。 可输入Pinball半径尺寸，以确保粘性接触是一个大间隙或裂口问题成立。 Pinball半径以球形显示在图形窗口中。 四种接触状态：近场，远场，关闭/滑动，关闭/粘着。
Training Manual
3-18
General Preprocessing
Workbench - Mechanical Introduction
第三章 前处理
3-1
General Preprocessing
简介
• • 在这一章，将会涵盖不使用Wizards 的使用特征： 内容:
A. 几何 B. 接触 C. 作业 3-1, “接触控制” D. E. F. G. 网格划分 命名选择 坐标系 作业 3-2, “网格控制”

有限元分析培训(第4讲 ANSYS Workbench结构静力分析&模态分析)

有限元分析培训(第4讲 ANSYS Workbench结构静力分析&模态分析)
Finite Element Analysis Training
有限元分析培训
邵世林 喻炜 董大鹏
传统设计过程 设计 制造
重新设计循环
CAD
试验
批量生产
CAE驱动设计过程
概念设计
设计
CAD
CAE
制 造
试 验
批量生 产
优化循环
导入或建立几何模型
HyperMesh、ANSA、Patran、SimXpert、 MEDINA、FEMAP等
四 连接关系
接触类型
对于理想无限大的Knormal , 零穿透. 但对于罚函数法， 这在数值计算中是不可能，但是只要Xpenetration 足够 小或可忽略，求解的结果就是精确的。
四 连接关系
接触类型
Pure Penalty 和Augmented Lagrange 公式使用积分点探测，Normal Lagrange 和MPC 公式 使用节点探测(目标法向)。节点探测在处理边接触时会稍好一些，但是，通过局部网格细化， 积分点探测也会达到同样的效果。
Nastran
ANSYS
Samcef Linear
OptiStruct
FEPG
（国产）
MSC
非线性分析
Marc
ADINA
Samcef Mecano
Fluent 流体分析
Star-CD Star-CCM+
XFlow
PowerFlow
LS-DYNA
MSC
显式分析
Dytran
Radioss
MADYMO
结构静力分析 & 模态分析
有限元分析系列课程 ANSYS Workbench篇 第四讲
一 结构静力分析概述

ansysworkbench模态分析

ansysworkbench模态分析

Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介Training Manual •在这一章中，将介绍模态分析。

进行模态分析类似线性静力分析。

–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。

•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。

Training Manual模态系统分析基础•对于模态分析，振动频率ωi 和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[K] 和[M] 不变:•假设材料特性为线弹性的•利用小位移理论，并且不包括非线性的•不存在[C] ,因此无阻尼•无{F} , 因此无激振力•结构可以强迫振动也可以不强迫振动–模态{φ} 是相对值，不是绝对值A.模态系统分析步骤Training Manual •模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍。

用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。

–附加几何模型–设置材料属性–定义接触区域(如果有的话)–定义网格控制(可选择)–定义分析类型–加支撑(如果有的话)–求解频率测试结果–设置频率测试选项–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。

质点在模态分析中只有质量（无硬度）•质量点的存在会降低结构自由振动的频率。

•材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和密度是必需的。

密度是必需的Training Manual… 分析类型Training Manual •从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。

•在Analysis Settings中:–提取的模态阶数：1到200（默认的是6）。

–指定频率变化的范围（默认的是0到1e+08Hz）。

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5-9
Vibration Analysis
… 检查结果
• 模态:
– 由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。 – 在详细列表里可以看到每个结果的频率值. – 应用图形窗口下方的时间标签的动画工具栏来查看振型
Training Manual
5-10
Vibration Analysis
B. Workshop 5.1 – 模态
• Workshop 5.1 – 模态分析 • 目标:
– 检查用18号钢制造的马达盖子（如下所示）的振动特性。
Training Manual
5-11
Vibration Analysis
C. 有预应力的模态
• 在某些情况下，在执行模态分析时可能需要考虑预应力影响。
5-12
Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
Training Manual
• 在项目图表里建立一个静力结构分析与模态分析相结合的并有预应力存在 的分析模型。
• 注意在模型分支里，结构分析结果变成开始状态 的。
5-13
Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
2 i i
– [K] 和 [M] 不变:
假设材料特性为线弹性的 利用小位移理论，并且不包括非线性的 不存在[C] ,因此无阻尼 无{F} , 因此无激振力 结构可以强迫振动也可以不强迫振动
– 模态 {φ} 是相对值，不是绝对值
5-3
Vibration Analysis
A.模态系统分析步骤
Training Manual
5-16
Training Manual
– 处于不变载荷作用的应力作用下的结构可能会影响固有频率，例如吉他调弦 。
[K ]{xo } = {F }
进行线性静力分析
[σ o ] → [S ]
应力刚度矩阵用于计算结 构分析
([K + S ] − ω
2 i
[M ]){φi } = 0
原来的模态方程被修改为包括[S] 阵
5-4
Vibration Analysis
…几何体和质点
• 模态分析支持各种几何体：
– 实体, 表面体 和线体
Training M质点在模态分析中只有质量（无硬度）。 • 质量点的存在会降低结构自由振动的频率。
• 材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和 密度是必需的。
• 本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许 可。
5-2
Vibration Analysis
模态系统分析基础
• 对于模态分析，振动频率ωi和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：
Training Manual
• 假设:
• • • • •
([K ] − ω [M ]){φ } = 0
• 对一边固支的薄板的结构，简单对比一下两种分析
– 进行两个分析，对比模态和有预应力的模态分析的不同。
模态分析 有预应力的模态分析
Training Manual
5-14
Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
Training Manual
• 在这个例子中，提供了在有外力存在的拉伸状态下增加固有频率的方法。
– 提取的模态阶数：1到200（默认的是6）。 – 指定频率变化的范围（默认的是0到1e+08Hz）。
Training Manual
5-7
Vibration Analysis
… 载荷和约束
• 结构和热载荷无法在模态中存在。
Training Manual
• 约束:
– 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将被检测. 这些模态将处于0HZ附近. 与 静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚体运动. – 边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响零件的振型和固有频率. 因此需要仔细考虑模型是如何被约束的. – 压缩约束是非线性的，因此在此分析中不被使用.
• 接触模态分析： – 粗糙接触和摩擦接触：
• 将在内部表现为黏结或不分离 • 如果有间隙存在，非线性接触行为将是自由无约束的（例如， 接触不存在）
– 绑定和不分离的接触情形将取决于pinball区域的大小。
5-6
Vibration Analysis
… 分析类型
• 从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。 • 在 Analysis Settings中:
模态 第一模态频率: 83.587 Hz
有预应力的模态 第一模态频率: 99.679 Hz
5-15
Vibration Analysis
D. Workshop 5.2 –预应力模态
Training Manual
• Workshop 5.2 – 预应力模态分析 • 目标:模拟拉杆在有应力和无应力状态下的模态响应（如下所示）。
Workbench - Mechanical Introduction
第五章 模态分析
5-1
Vibration Analysis
简介
– 假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
Training Manual
• 在这一章中，将介绍模态分析。进行模态分析类似线性静力分析。 • 本章内容:
– 模态分析步骤 – 有预应力的模态分析步骤
5-5
Vibration Analysis
… 接触区域
Training Manual
• 模态分析，可能存在接触。然而，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以，所采 用的接触不同于非线性分析中的接触类型，具体如下表所示：
Contact Type Bonded No Separation Rough Frictionless Static Analysis Bonded No Separation Rough Frictionless Initially Touching Bonded No Separation Bonded No Separation Modal Analysis Inside Pinball Region Outside Pinball Region Bonded Free No Separation Free Free Free Free Free
• 模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍 。用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。
– – – – 附加几何模型 设置材料属性 定义接触区域 (如果有的话) 定义网格控制 (可选择)
– 定义分析类型 – 加支撑 (如果有的话) – 求解频率测试结果 – 设置频率测试选项 – 求解 – 查看结果
5-8
Vibration Analysis
… 求解
• 求解模型 (没有要求的结果). • 求解结束后，求解分支会显示一个图标，显示频率和模态阶数.
Training Manual
• 可以从图表或者图形中选择需要振型或者全部振型进行显示. • 嵌入“Total Deformation”结果中需要求解模态。